金属熔铸工艺学课件-103张).ppt
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- 金属 熔铸 工艺学 课件 103
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1、 江苏科技大学前言前言铁水预处理(普通、特殊)铁水预处理(普通、特殊)炉外精炼炉外精炼钢的连续铸造钢的连续铸造金属熔铸工艺学金属熔铸工艺学Email:金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.连续铸钢主要内容连续铸钢主要内容一、概 述二、连铸设备三、基础理论四、生产工艺五、在线检测六、工艺实践金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.连铸机设备连铸机设备弧形连铸机规格和参数弧形连铸机规格和参数 设备设备:钢包及钢包回转台钢包及钢包回转台中间包及中间包车中间包及中间包车结晶器和振动装置结晶器和振动装置冷却系统冷却系统拉坯校直装置拉坯校直装置辅助装置辅助装置电磁搅拌装置电磁搅拌装置盛钢桶盛钢桶中间包中间包(止
2、塞杆止塞杆)结晶结晶器器火焰切割火焰切割長流嘴浸入式浸入式水口水口模振模振引拔引拔钢坯钢坯金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.连铸浇注系统连铸浇注系统金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.4 4 连铸的工艺要点连铸的工艺要点4.1 4.1 连铸钢水的准备连铸钢水的准备4.2 4.2 中间包和结晶器的冶金中间包和结晶器的冶金4.3 4.3 拉速的确定和控制拉速的确定和控制4.4 4.4 铸坯冷却的控制铸坯冷却的控制4.5 4.5 连铸操作工艺连铸操作工艺4.6 4.6 浇注事故分析浇注事故分析4.7 4.7 连铸技术经济指标连铸技术经济指标金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.要想使连铸生产稳定高效
3、地进行,并且保证铸坯质要想使连铸生产稳定高效地进行,并且保证铸坯质量,首先要准备好量,首先要准备好成分成分、温度温度、脱氧程度脱氧程度及及纯净度纯净度都合都合格的钢水。格的钢水。这里重点介绍这里重点介绍钢水温度钢水温度的要求的要求。另外,炼钢工序和连铸工序要紧密配合,步调一致。另外,炼钢工序和连铸工序要紧密配合,步调一致。4.1 4.1 连铸钢水的准备连铸钢水的准备 金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.一、各元素含量控制一、各元素含量控制碳是钢中最基本的元素,对组织性能影响最大,尤其是需碳是钢中最基本的元素,对组织性能影响最大,尤其是需要在热处理状态下使用的钢,其影响更为突出。多炉连浇时,要在
4、热处理状态下使用的钢,其影响更为突出。多炉连浇时,各炉次间钢水含碳量的差别要求小于各炉次间钢水含碳量的差别要求小于 0.02%0.02%。锰也是钢中重要元素:锰也是钢中重要元素:Mn/SMn/S2424,可消除硫的危害。改善,可消除硫的危害。改善连铸钢水的流动性,应在成分允许的范围内适当增加连铸钢水的流动性,应在成分允许的范围内适当增加 Mn/SiMn/Si比,比,以把脱氧产物控制为液态。以把脱氧产物控制为液态。铝是钢水的强氧剂,铝是钢水的强氧剂,Al2O3Al2O3聚集,堵塞水口;聚集,堵塞水口;钢中微量元素:钢中微量元素:CuCu、SnSn、SbSb等元素在铸坯表面富集会产生等元素在铸坯表
5、面富集会产生细小表面晶间裂纹等。因此,对其含量有严格要求,如要求细小表面晶间裂纹等。因此,对其含量有严格要求,如要求 CuCu含量在含量在 0.02%0.02%以下,以下,SnSn含量在含量在 0.02%0.02%以下,以下,S S、P P含量在含量在 0.025%0.025%以下以下金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.二、洁净度二、洁净度 钢液的纯净度主要是指钢中气体氮、氢、氧和非金属夹钢液的纯净度主要是指钢中气体氮、氢、氧和非金属夹杂物的数量、形态和分布。杂物的数量、形态和分布。在当前炼钢及连铸水平下,一般认为,成品钢中的磷、硫、在当前炼钢及连铸水平下,一般认为,成品钢中的磷、硫、氧、氮、
6、氢总含量小于氧、氮、氢总含量小于 0.01%0.01%即为超洁净钢即为超洁净钢。最大限度地降低主原料带入转炉的硫。炼钢脱硫主要靠铁水最大限度地降低主原料带入转炉的硫。炼钢脱硫主要靠铁水预处理和钢水深脱硫预处理和钢水深脱硫最大限度地净化钢液:保护浇注;最大限度地净化钢液:保护浇注;宝钢炼钢厂采用了吹氩保护,设三重挡渣堰及过滤器,宝钢炼钢厂采用了吹氩保护,设三重挡渣堰及过滤器,采用镁钙质涂料和吸附氧化物的覆盖剂,效果良好采用镁钙质涂料和吸附氧化物的覆盖剂,效果良好。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.1 1、脱氧过程控制、脱氧过程控制预脱氧:预脱氧:Si Si 和和MnMn;SiO2SiO2增加钢
7、水粘度增加钢水粘度 形成液态硅酸锰形成液态硅酸锰终脱氧:终脱氧:AlAl;AlAl2 2O O3 3 降低钢水流动性降低钢水流动性 粘结水口或塞棒粘结水口或塞棒复合脱氧:复合脱氧:Ca Ca 和和AlAl2 2O O3 3 形成液态渣形成液态渣 63/SiMn15.01.0/AlCa金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.2 2、保护浇注、保护浇注无渣出钢:偏心炉底;挡渣球无渣出钢:偏心炉底;挡渣球保护浇注:保护渣;炉盖保护浇注:保护渣;炉盖 长水口,浸入式水口;氩封水口接头长水口,浸入式水口;氩封水口接头 炉外精炼炉外精炼 金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.浇注温度浇注温度:指钢水进入结晶器时
8、的温度指钢水进入结晶器时的温度.也可以指中间包内的钢水也可以指中间包内的钢水温度温度.通常一炉钢水需在中间包内测温通常一炉钢水需在中间包内测温3 3次,即开浇后次,即开浇后5min5min、浇铸中、浇铸中期和浇铸结束前期和浇铸结束前5min,5min,而这而这3 3次温度的平均值被视为平均浇铸温次温度的平均值被视为平均浇铸温度。度。钢水的浇铸温度要求钢水的浇铸温度要求:(:(在一定范围内的合理温度在一定范围内的合理温度)在尽可能高的拉速下,保证铸坯出结晶器时形成在尽可能高的拉速下,保证铸坯出结晶器时形成足够厚度足够厚度的的坯壳,使连铸过程安全的进行下去;坯壳,使连铸过程安全的进行下去;在结晶器
9、内在结晶器内,钢水将热量平稳的传导给铜板,使周边坯壳厚度钢水将热量平稳的传导给铜板,使周边坯壳厚度能均匀的生长,保证铸坯表面质量。能均匀的生长,保证铸坯表面质量。三、浇注温度的确定三、浇注温度的确定 中间包钢水温度的控制中间包钢水温度的控制金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.钢水温度过高的危害:钢水温度过高的危害:出结晶器坯壳薄,容易漏钢;出结晶器坯壳薄,容易漏钢;耐火材料侵蚀加快,易导致铸流失控,降低浇铸安全性;耐火材料侵蚀加快,易导致铸流失控,降低浇铸安全性;增加非金属夹杂,影响板坯内在质量;增加非金属夹杂,影响板坯内在质量;铸坯柱状晶发达;铸坯柱状晶发达;中心偏析加重,易产生中心线裂纹。
10、中心偏析加重,易产生中心线裂纹。钢水温度过低的危害:钢水温度过低的危害:容易发生水口堵塞,浇铸中断;容易发生水口堵塞,浇铸中断;连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷;连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷;非金属夹杂不易上浮,影响铸坯内在质量非金属夹杂不易上浮,影响铸坯内在质量。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.(浇注温度也称目标浇注温度)(浇注温度也称目标浇注温度):T T浇浇=T=TL L+T T 式中:式中:T TL L液相线温度液相线温度 T T 钢水过热度钢水过热度1 1、液相线温度、液相线温度T TL L 液相线温度,即开始凝固的温度,就是确定浇铸温度的液相线温度,即开始凝固的
11、温度,就是确定浇铸温度的基础。推荐一个计算公式基础。推荐一个计算公式 (普碳钢和低合金钢普碳钢和低合金钢)TL=1537-88%C+8%Si+5%Mn+30%P+25%S+5%Cu+4%Ni+2%Mo+2%V+1.5%Cr 金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.2 2、钢水过热度、钢水过热度T T的确定的确定钢水过热度主要是根据铸坯的质量要求和浇铸性能来确定。钢水过热度主要是根据铸坯的质量要求和浇铸性能来确定。钢种类别钢种类别 过热度过热度非合金结构钢非合金结构钢 10-2010-20铝镇静深冲钢铝镇静深冲钢 15-2515-25高碳、低合金钢高碳、低合金钢 5-155-15金属熔铸工艺学连铸F
12、eb.2011.四、出钢温度的确定四、出钢温度的确定 钢水过程温降分析钢水过程温降分析 钢水从出钢到进入中间包经历钢水从出钢到进入中间包经历5个温降过程:个温降过程:T总总=T1+T2+T3+T4+T5 T1 出钢过程的温降;出钢过程的温降;T2 出完钢钢水在运输和静置期间的温降出完钢钢水在运输和静置期间的温降 (1.01.5/min);T3 钢包精炼过程的温降(钢包精炼过程的温降(610/min););T4 精炼后钢水在静置和运往连铸平台的温降精炼后钢水在静置和运往连铸平台的温降 (0.51.2/min);T5 钢水从钢包注入中间包的温降钢水从钢包注入中间包的温降。金属熔铸工艺学连铸Feb.
13、2011.1、T1 钢水从炼钢炉的出钢口流入钢包这个过程的温降分析:钢水从炼钢炉的出钢口流入钢包这个过程的温降分析:热量损失形式:热量损失形式:钢流辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。钢流辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。影响因素:影响因素:出钢时间、出钢温度及钢包的使用状况。出钢时间、出钢温度及钢包的使用状况。降低热量损失的措施:降低热量损失的措施:尽量降低出钢温度尽量降低出钢温度 减少出钢时间减少出钢时间 维护好出钢口,使出钢过程中最大程度保持钢流的完整性维护好出钢口,使出钢过程中最大程度保持钢流的完整性 钢包预热钢包预热 保持包底干净保持包底干净金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.2、T2
14、 出完钢钢包内钢水到精炼开始前经过的运输和静置过程中出完钢钢包内钢水到精炼开始前经过的运输和静置过程中产生的温降分析:产生的温降分析:热量损失形式:热量损失形式:钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。影响因素:影响因素:钢包的容量、包衬材质及温度,钢包的运输距离。钢包的容量、包衬材质及温度,钢包的运输距离。降低热量损失的措施:降低热量损失的措施:钢包烘烤、充分预热钢包烘烤、充分预热 减少留置时间减少留置时间 在钢包内加入合适的保温剂在钢包内加入合适的保温剂3、T3 钢包精炼过程的温降分析钢包精炼过程的温降分析 热量损失取决于二次精炼的时间和方法。热
15、量损失取决于二次精炼的时间和方法。例如例如:向钢包中吹向钢包中吹Ar,由于由于Ar气的搅拌强化了对流传热,同时气的搅拌强化了对流传热,同时Ar气气本身还吸热本身还吸热,所以随着吹所以随着吹Ar时间的延长及时间的延长及Ar气量的增加气量的增加,热量损失热量损失会增大会增大.金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.4 4、T4 钢包精炼结束钢水在静置和运往连铸平台的温降分析钢包精炼结束钢水在静置和运往连铸平台的温降分析:热量损失形式:热量损失形式:钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。热量损失大小:热量损失大小:钢包内衬吸热降低钢包内衬吸热降低 加了保温剂
16、,温降减小加了保温剂,温降减小5、T5 钢水从钢包注入中间包过程中产生的温降分析:钢水从钢包注入中间包过程中产生的温降分析:热量损失形式:热量损失形式:辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。影响因素:影响因素:钢流保护状况;中间包的容量、材质、钢流保护状况;中间包的容量、材质、烘烤温度及保温措施烘烤温度及保温措施降低热量损失的措施降低热量损失的措施:钢流需保护,采用长水口钢流需保护,采用长水口 减少浇铸时间减少浇铸时间 充分预热中间包内衬充分预热中间包内衬 中间包钢液面添加保温剂中间包钢液面添加保温剂 提高连浇炉数提高连浇炉数金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.T
17、出钢出钢=T浇浇+T总总 控制好出钢温度是保证目标浇铸温度的首要前提。具体的控制好出钢温度是保证目标浇铸温度的首要前提。具体的出钢温度要根据每个钢厂在自身温降规律调查的基础上,根据出钢温度要根据每个钢厂在自身温降规律调查的基础上,根据每个钢种所要经过的工艺路线来确定。每个钢种所要经过的工艺路线来确定。钢水温度控制要点钢水温度控制要点1、出钢温度控制:、出钢温度控制:提高终点温度命中率提高终点温度命中率确保从出钢到二次精炼站,钢包钢水温度处于目标范围之内确保从出钢到二次精炼站,钢包钢水温度处于目标范围之内2、充分发挥钢包精炼的温度与时间的协调作用、充分发挥钢包精炼的温度与时间的协调作用3、控制和
18、减少从钢包到中间包的温度损失、控制和减少从钢包到中间包的温度损失 采用长水口保护浇铸;钢包、中间包加保温剂采用长水口保护浇铸;钢包、中间包加保温剂 出钢温度的确定出钢温度的确定金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.4、钢水在钢包中的温度控制、钢水在钢包中的温度控制根据冶炼钢种严格控制出钢温度,使其在较窄的范围根据冶炼钢种严格控制出钢温度,使其在较窄的范围内变化;其次,要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包内变化;其次,要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施:实际生产中需采取在钢包
19、内调整钢水温度的措施:钢包吹氩调温。钢包吹氩调温。加废钢调温。加废钢调温。在钢包中加热钢水技术。在钢包中加热钢水技术。钢水包的保温。钢水包的保温。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.4.2 4.2 中间包与结晶器冶金中间包与结晶器冶金一、中间包冶金一、中间包冶金 冶金工作者在中间包上采取了一系列的技术措施来强化和扩大中间包的冶金功冶金工作者在中间包上采取了一系列的技术措施来强化和扩大中间包的冶金功能,从而使中间包由一种简单的钢液过渡容器变成了一种重要的钢液精炼设备。能,从而使中间包由一种简单的钢液过渡容器变成了一种重要的钢液精炼设备。中间包冶金的概念包括中间包冶金的概念包括:1 1 净化、洁净
20、钢水的功能净化、洁净钢水的功能 2 2 调节钢水温度,均匀钢水温度。调节钢水温度,均匀钢水温度。3 3 改善钢水流动改善钢水流动 4 4 中间包内可以进行吹氩、喂丝、加热,起到微调成分,调节温度等冶中间包内可以进行吹氩、喂丝、加热,起到微调成分,调节温度等冶金功能。金功能。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.中间包及中间包车中间包及中间包车中间包作用:中间包作用:介于大包和结晶器之间,接受来自大包的钢水,并向结晶器分流,起到减压、稳流、除渣、储钢分流、均匀温度和成分以及冶金的作用;结结 构:构:呈“T”型,由包体、包盖组成,底部设有滑动水口机构,浸入式水口及夹持装置,并设溢流槽。金属熔铸工艺学
21、连铸Feb.2011.1 1、设置挡渣墙、设置挡渣墙图 5-5a所示。使用中取得了如下效果:提高了钢的清洁度;提高了钢的清洁度;使中间包流场均匀,消除了使中间包流场均匀,消除了死区;增大了钢水停留时间;死区;增大了钢水停留时间;增大了钢增大了钢 渣相互作用时渣相互作用时间;减少了水口堵塞间;减少了水口堵塞。随后,他们又对上述挡墙设备进行了改进,如图 5-5b所示,从图中看出,钢水向上流动的比例增大,避免了钢水在较短时间内流入水口。之后又设计安装了开有向上倾角的隔板,并取消了挡墙,如图 5-5c所示。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.2 2、防湍流垫改善中间包流动状态、防湍流垫改善中间包流动状
22、态防湍流垫防湍流垫安装在中间包底部的钢包注流冲击区,它使从钢包长水口冲出的钢流向注流中心折回,在防湍流垫内重复循环以消耗掉注流的动能,从而降低了注流速度,防止湍流的产生。容量大型化容量大型化 金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.3 3、向中间包底部吹气、向中间包底部吹气通过中间包底部的多孔砖向中间包内吹入惰性气体,如图 5-7所示,由于气泡上升运动,钢水的上升运动远大于不吹气时的运动,同时夹杂物上浮运动速度增大,无疑这对去除夹杂物更为有利。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.4 4、中间包过滤技术、中间包过滤技术为了提高钢的清洁度,防止和减轻水口堵塞,近年来,美国、日本和我国相继开展了钢水过滤
23、技术的开发研究工作金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.5 5、中间包加热技术、中间包加热技术采用中间包内加热可保持最佳过热度浇铸、补充合金微调所需热量。n等离子体加热等离子体加热等离子加热的原理是利用氩气或氮气在电弧下离解成为等离子体的高温气体作为加热源,对中间包钢水进行加热。其特点是温度高,能量集中,功率调节快,温度控制精确,能量利用率高(大于 80%),气体选择灵活,不含对钢水有害的杂质。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.n电感应加热电感应加热感应加热法具有设备结构简单、加热速度快、电热效率高、成本低、操作方便等优点,但在浇铸初期钢水温度控制难度较大。由于感应加感应加热器安装在中间包下部
24、热器安装在中间包下部更接近结晶器更接近结晶器,从钢水的热流来看,其位置较为合理,同时,借助于电磁力可以搅拌钢水电磁力可以搅拌钢水,取代吹氩,因此有利于夹杂物上浮。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.中间包是钢水去除夹杂物理想场所。钢水面上复盖剂要有效吸收夹杂物。(1)绝热保温;(2)吸收上浮夹杂;(3)隔绝空气l碳化稻壳;l中性渣:(CaO/SiO2=0.91.0);l碱性渣:(CaO+MgO/SiO23);l双层渣。渣中(SiO2)增加,钢水中TO增加。生产洁净钢应用碱性复盖剂。6 6、中间包覆盖剂、中间包覆盖剂金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.7 7、成分微调及夹杂物变性处理、成分微调及
25、夹杂物变性处理 向中间包内喂入各种合金包芯线各种合金包芯线,改变钢中夹杂物形态或调整某些微量合金元素或易氧化元素的含量8 8、复合工作衬净化钢液、复合工作衬净化钢液 中间包内净化钢液,法国索拉克钢铁公司研制了一种中间包钢液净化复合工作衬,这种中间包衬的主要成分为氧化钙、氧化钙、氧化镁和二氧化硅氧化镁和二氧化硅天然原材料作中间包衬材料。镁质材料垫层具有良好的隔热性能,能减少中间包内钢水的热损失;钙镁质材料表层除具有吸收钢中 Al2O3夹杂物的作用外,还具有脱硫、脱氮的作用。金属熔铸工艺学连铸Feb.2011.二、结晶器冶金二、结晶器冶金结晶器被称为连铸机的“心脏”,其作用是使钢水均匀快速地冷却,
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